Cientistas da Universidade de Linköping, na Suécia, criaram uma simulação da computação quântica que pode ser usada em um computador convencional para mostrar como um computador quântico realmente funciona.
A equipe de pesquisa acredita que seu trabalho poderá ajudar a proporcionar um grande progresso no campo da computação quântica – um campo de supercomputação que utiliza fenômenos da mecânica quântica, como superposição e emaranhamento para realizar a computação.
Redefinindo supercomputadores
“Nossos resultados devem ser altamente significativos para determinar como construir computadores quânticos”, disse o professor Jan-Åke Larsson em comunicado à imprensa.
O computador quântico deve se tornar realidade – um esforço de pesquisa de um bilhão de dólares na Suécia pretende lançar um nos próximos dez anos. A UE também designou a tecnologia quântica como um de seus principais projetos.
Espera-se que a tecnologia se torne importante em simulações de sistemas biológicos, químicos e físicos complexos demais para os supercomputadores mais poderosos da atualidade.
No entanto, ainda não sabemos muito, especialmente sobre como os computadores quânticos funcionarão.
Agora, o professor Jan-Åke Larsson e seu aluno de doutorado Niklas Johansson, da Divisão de Codificação de Informações do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Linköping, forneceram uma simulação que, segundo eles, ajuda os usuários a entender o que acontece em um computador quântico e por que é mais poderoso que um computador convencional.
Seus resultados foram publicados na revista científica Entropy.
“Mostramos que a principal diferença é que os computadores quânticos têm dois graus de liberdade para cada bit. Ao simular um grau adicional de liberdade em um computador convencional, podemos executar alguns dos algoritmos na mesma velocidade que eles alcançariam em um bit”, diz Jan-Åke Larsson.
A ferramenta de simulação dos pesquisadores é chamada de Quantum Simulation Logic ou QSL. O sistema permite a simulação da operação de um computador quântico em um computador convencional.
Como funciona?
Um bit, a menor unidade de dados, em um computador pode levar apenas o valor um ou zero, mas um bit quântico (um qubit) pode levar todos os valores ao mesmo tempo. Os computadores quânticos, como tal, não precisam realizar muitas operações para cada cálculo que realizam. A ferramenta dos pesquisadores simula isso, permitindo um grau extra de liberdade para cada bit que faz parte do cálculo do processamento.
“Assim, cada bit tem dois graus de liberdade: pode ser comparado com um sistema mecânico no qual cada parte tem dois graus de liberdade – posição e velocidade. Nesse caso, lidamos com bits de computação – que carregam informações sobre o resultado de a função e bits de fase – que carregam informações sobre a estrutura da função”, explica Jan-Åke Larsson.
Os cientistas já usaram o QSL para estudar alguns dos algoritmos quânticos que gerenciam a estrutura da função. Vários dos algoritmos da simulação são executados tão rápido quanto em um computador quântico, afirmam os pesquisadores.
“O resultado mostra que a velocidade mais alta nos computadores quânticos vem da capacidade de armazenar, processar e recuperar informações em um grau adicional de liberdade de transporte de informações. Isso nos permite entender melhor como os computadores quânticos funcionam. Além disso, esse conhecimento deve torná-lo mais fácil construir computadores quânticos, já que sabemos qual propriedade é mais importante para o computador quântico funcionar como esperado”, diz Jan-Åke Larsson.
O sistema pode ser usado para ajudar os alunos a entender como a função da computação quântica funcionará.
Por exemplo, ele pode ser usado para entender criptografia quântica e teletransporte quântico, bem como alguns algoritmos de computação, como o algoritmo de fatoração de Shor.
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